單細(xì)胞操作和分析對(duì)于許多基本生物過程的研究和揭示細(xì)胞異質(zhì)性至關(guān)重要，并在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有極其有價(jià)值的應(yīng)用潛力，包括神經(jīng)科學(xué)、再生治療、早期診斷和藥物篩選。在單細(xì)胞操作和分析中使用微流體技術(shù)是最有前景的方法之一，它能夠創(chuàng)造出使用傳統(tǒng)方法不切實(shí)際或不可能實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新條件。本文概述了單細(xì)胞液滴微流體技術(shù)的發(fā)展。強(qiáng)調(diào)了微流控液滴技術(shù)的顯著優(yōu)勢、影響液滴產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)參數(shù)以及微流控裝置的幾何結(jié)構(gòu)。此外，總結(jié)了迄今為止基于微流體和各種微流體工具的被動(dòng)和主動(dòng)液滴生成方法在生產(chǎn)單細(xì)胞液滴和水凝膠微球方面的進(jìn)展。討論了它們與單細(xì)胞液滴和水凝膠形成相關(guān)的關(guān)鍵特征、成就和局限性。還探索了單細(xì)胞液滴微流體在生物醫(yī)學(xué)中的最新普及應(yīng)用，包括小分子檢測、蛋白質(zhì)分析、藥物篩選和單細(xì)胞遺傳分析。最后，強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞液滴微流體未來應(yīng)用所必須克服的挑戰(zhàn)。

具有不同結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞相互作用形成復(fù)雜的生物體。由于其功能的多樣性，活生物體中的細(xì)胞在細(xì)胞大小、形態(tài)、生長速率和生物分子表達(dá)方面具有明顯的異質(zhì)性。這些差異通常在活生物體的生長、分化和發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。單個(gè)細(xì)胞的大小非常?。s1-15μm），單細(xì)胞分泌的水平非常低，這意味著檢測單細(xì)胞分泌分子需要高度的靈敏度。傳統(tǒng)的細(xì)胞分析方法通常依賴于使用細(xì)胞群。雖然這可以保證檢測物質(zhì)的足夠含量，但它會(huì)掩蓋少量異常細(xì)胞產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)，導(dǎo)致重要信息的丟失。單細(xì)胞分析不僅克服了細(xì)胞群分析中小樣本異常細(xì)胞數(shù)據(jù)丟失的問題，而且可以更準(zhǔn)確地揭示細(xì)胞之間的差異。因此，它已成為生物和生物醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)重要新興領(lǐng)域。單細(xì)胞水平的細(xì)胞分析是檢測細(xì)胞異質(zhì)性和分化的有效方法，也有助于理解細(xì)胞行為和代謝活動(dòng)，從而能夠全面分析組織、器官甚至整個(gè)生物體的行為。

單細(xì)胞分析對(duì)于理解細(xì)胞多樣性和發(fā)現(xiàn)疾病發(fā)展過程中形成的異常細(xì)胞具有巨大的前景。單細(xì)胞技術(shù)已應(yīng)用于許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括神經(jīng)科學(xué)、干細(xì)胞生物學(xué)、疾病早期診斷、和藥物篩選。需要高通量單細(xì)胞分析來準(zhǔn)確描述并最終闡明生物體中細(xì)胞異質(zhì)性的根本原因。單細(xì)胞分析的經(jīng)典方法包括流式細(xì)胞術(shù)、原子力顯微鏡、光學(xué)和磁性推特、單分子熒光光譜等。然而，每種方法都有局限性：例如，盡管傳統(tǒng)的流式細(xì)胞術(shù)是自動(dòng)化的，可以在單細(xì)胞分析中實(shí)現(xiàn)高通量、高效的細(xì)胞分選，但它需要使用昂貴的儀器和復(fù)雜的細(xì)胞表面標(biāo)記，并且樣品預(yù)處理時(shí)間長，細(xì)胞存活率低，樣品污染的風(fēng)險(xiǎn)大。此外，其他方法可以精確操縱單細(xì)胞，但或多或少會(huì)受到高成本、復(fù)雜操作和低檢測通量問題的困擾。

由于試劑消耗低、檢測靈敏度高、大規(guī)模子系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)，微流體已成為生命科學(xué)中廣泛使用的技術(shù)，并已被證明是高效單細(xì)胞分析的有力工具。微流體技術(shù)在單細(xì)胞分析方面的基本能力是操縱單細(xì)胞，例如實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞捕獲。微流體單細(xì)胞捕獲技術(shù)實(shí)施了多種捕獲策略，包括微孔、微圖案、微滴和微片。用于單細(xì)胞捕獲的微孔具有操作和制造簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以形成高度均勻的單細(xì)胞陣列。然而，微孔方法通常要求試劑分布在整個(gè)陣列中，這使得有必要實(shí)現(xiàn)液體流的瞬時(shí)部署，從而阻礙了對(duì)快速細(xì)胞反應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。盡管用于單細(xì)胞捕獲的微圖案具有微孔的一些優(yōu)點(diǎn)，但它們需要復(fù)雜的預(yù)處理，這增加了操作時(shí)間和成本。Microtraps可用于快速方便地生產(chǎn)高通量、高密度的單細(xì)胞陣列；然而，在捕獲過程中，細(xì)胞通常會(huì)受到液體流動(dòng)和芯片結(jié)構(gòu)的擠壓，這可能會(huì)對(duì)其造成潛在的損害。液滴微流體是一種有前景的新技術(shù)，用于研究尺寸從幾微米到幾百微米的微滴的產(chǎn)生、操縱和應(yīng)用。與上述其他方法不同，微滴技術(shù)可以將單個(gè)細(xì)胞包封在單分散液滴中，以實(shí)現(xiàn)高通量分析和精確控制局部細(xì)胞外環(huán)境。微液滴技術(shù)還具有高度的可重復(fù)性、樣品和試劑的低消耗、快速的反應(yīng)速度和易于實(shí)現(xiàn)的精確可控性。單細(xì)胞液滴微流體已被廣泛應(yīng)用于許多生物實(shí)驗(yàn)中，包括細(xì)胞培養(yǎng)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）、蛋白酶活性檢測、細(xì)胞排列和分選，并已成為生物醫(yī)學(xué)中高通量單細(xì)胞操作和分析的重要平臺(tái)。

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